通用二维平台说明书.doc

摘要 通用二维平台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。 根据设计要求的工作载荷，通过计算和校核，进行导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等的选型，在满足性能的要求下，以成本最低为原则，满足工作要求的需要，能稳定完成生产任务。 本次机械装配图采用国产软件CAXA进行绘制，通过提取图符操作调用标准零件，因而能够较快的绘制机械装配图。电气原理图采用Protel99Se绘制。 关键词：运动平台；滚珠丝杠；计算；绘图；电路图 目 录 第一章 通用二维运动平台总体方案的确定 1 1.1机械传动部件的选择 1 1.1.1 导轨副的选用 1 1.1.2 丝杠螺母副的选用 1 1.1.3 电动机的选用 1 1.2控制系统的设计 1 第二章 通用二维运动平台机械传动部件的计算与选型 3 2.1 确定系统脉冲当量 3 2.2 确定系统切削力 3 2.3直线滚动导轨副的计算与选型 3 2.4 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 4 2.4.1 X方向的滚珠丝杠螺母副的计算与选型 4 2.4.2 Y方向的滚珠丝杠螺母副的计算与选型 7 2.5交流伺服电动机的计算和选型 8 第三章 控制系统硬件电路设计 11 3.1 控制系统 11 3.2 PLC数控系统硬件电路设计 11 3.2.1 PLC数控控制系统框图 10 3.2.2 PLC的类型 12 3.2.3 I/O口线设计 13 3.3 控制系统的工作原理 14 致谢 16 参考文献 17 第一章 通用二维运动平台总体方案的确定 1.1机械传动部件的选择 通用二维运动平台的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠螺母副，以及动力源电动机等部件组成。为了满足通用二维运动平台实现X.Y两坐标联动，任意平面曲面的加工，自动换象限，越位报警和急停等功能，进行通用二维运动平台设计总体方案的机械部分的选择。 1.1.1导轨副的选用 要设计的通用二维平台是用来配套轻型立式数控铣床的，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小，定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小，不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。 1.1.2丝杠螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，满足0.005mm的脉冲当量和定位精度，滑动丝杠副无能力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高，预紧后可消除反向间隙。 1.1.3电动机的选用 为了更好的满足X-Y方向的精准运动，和定位精度的提高，采用精度相对较高的交流伺服电动机。选用了交流伺服电动机作为伺服电动机后，任务书所给的精度对于步进电动机来说是偏高的，为了保证电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制。 考虑到X、Y两个方向的加工范围相差不大，承受的工作载荷也相差不大，顾X方向上满足了设计要求，及Y反向也满足，同时为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、伺服电动机等都采用相同的型号与规格。 1.2控制系统的设计 设计的X-Y工作台因具备单坐标定位、两坐标联动的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制型。对于交流伺服电动机的半闭环控制，选用市场上广泛应用的PLC控制系统作为通用二维运动平台的控制系统，同时PLC控制系统与交流伺服电动机又有很好的兼容性，所以采用PLC来控制。控制系统由PLC部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。 第二章 通用二维运动平台机械传动部件的计算与选型 伺服系统机械部分设计计算内容包括：确定系统的脉冲当量、区定系统的负载、，运动部件惯量计算，空载起动及切削力矩计算，确定伺服电机，传动及导向元件的设计、计算及选用，绘制机械部分装配图等。现分述如下： 2.1 确定系统脉冲当量 一个进给脉冲，使运动部件产生的位移量，称为脉冲当量。脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数 。根据设计要求，通用二维运动平台采用的脉冲当量是0.005mm/step。 2.2 确定系统切削力 根据设计要求，机床的切削负载为：X向600N；Y向700N；Z向800N；G为1000N。 2.3直线滚动导轨副的计算与选型 1、滑块承受当量载荷的计算及导轨型号的选取 工作载荷是影响直线滚动导轨使用寿命的重要因素。本课题中的X-Y工作台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。故滑块受的工作载荷为：